Energia întunecată ar putea fi explicată pe baza unei ipoteze revoluționare cu privire la Univers
Timp de decenii, oamenii de știință au fost nedumeriţi de faptul că Universul se extinde. Deşi galaxiile ar trebui să se apropie în timp unele de altele, datorită gravitației, observațiile astronomice au arătat că Universul se extinde accelerat, un efect care a fost atribuit energiei întunecate.
Credit: Marshall Space Flight Centre al NASA/Flickr
În prezent oamenii de ştiinţă cred că 68,3% din energia Universului observabil este reprezentată de energia întunecată şi că aceasta provoacă expansiunea Universului. Cu toate acestea, nimeni nu a reuşit să detecteze, în mod direct, energia întunecată sau să explice, în mod adecvat, ce este aceasta, în ciuda a numeroase dovezi indirecte privind existența energiei întunecate.
Într-un nou studiu se arată că energia întunecată poate fi explicată în condiţiile în care una dintre cele mai fundamentale legi ale Universului este încălcată, legea conservării energiei.
Legea conservării energiei afirmă că energia totală a unui sistem izolat nu se modifică în timp şi că aceasta nu poate fi nici creată, nici distrusă. Chiar dacă diversele forme de energie se pot transforma din una în alta, energia totală a unui sistem închis rămâne întotdeauna constantă.
Cu toate acestea, într-un studiu recent se afirmă că dacă Universul a pierdut o anumită cantitate de energie în primele momente ale formării sale, atunci s-ar putea explica energia întunecată ale cărei efecte le putem observa în prezent. Mai mult, efectul încălcării legii conservării energiei ar fi fost atât de mic, încât acesta nu a fost observat de către oamenii de ştiinţă.
De ce au propus însă fizicienii o ipoteză atât de radicală? Pentru a înţelege acest lucru, trebuie să ne întoarcem în anul 1917, atunci când Albert Einstein încerca să înţeleagă cum poate fi Universul static, adică nu se extinde şi nu se contractă, aşa cum susţinea ipoteza Universului static de la acea vreme.
Pentru a explica faptul că Universul nu se contractă, Einstein a intuit că trebuie să existe ceva care la scara cosmică se opune gravitaţiei, o proprietate a Universului pe care a denumit-o constanta cosmologică.
În anul 1929 astronomul Edwin Hubble a descoperit primele indicii ale expansiunii Universului, un fenomen care contrazicea ipoteza constantei cosmologice.
Ulterior, la începutul anilor 1990, oamenii de ştiinţă au constatat că Universul se extinde într-un ritm accelerat, iar constanta cosmologică a lui Einstein a revenit în actualitate.
Fizicienii şi-au dat seama că ceea ce noi numim acum energie întunecată ar fi de fapt constanta cosmologică a lui Einstein a cărei explicaţie au încercat să o găsească cu decenii în urmă.
În prezent oamenii de ştiinţă cred că energia întunecată este o constantă cosmologică care se datorează „energiei spaţiului gol”.
Datorită mecanicii cuantice, acum știm că „spațiul gol” nu este de fapt niciodată gol. În schimb, acesta este plin cu particule care apar şi dispar în permanenţă din vidul cuantic și una dintre acele particule stranii ar putea transporta o forță de respingere, cunoscută în prezent sub numele de energia întunecată.
Fizicienii au estimat cantitatea de „energie întunecată” pe baza mecanicii cuantice şi au constatat că aceasta este mult mai mare decât cea dedusă pe baza expansiunii observate a Universului.
Mai exact, dacă se multiplică valoarea constantei cosmologice care rezultă pe baza efectului de expansiune a Universului, măsurat de astronomi, cu un factor de 10120 se obţine valoarea calculată de fizicieni pentru constanta cosmologică pe baza mecanicii cuantice. Acest lucru înseamnă că nu măsurăm corect energia întunecată sau că nu înțelegem cu adevărat de unde provine energia întunecată.
Cum ar fi însă dacă am presupune că Universul a pierdut energie într-o fază timpurie a existenţei sale și că tocmai această energie pierdută este cea care a stabilit valoarea energiei întunecate din prezent, aşa cum se afirmă într-un studiu recent?
„În modelul nostru, energia întunecată este o măsură a cantităţii de energie pe care Universul a pierdut-o în decursul timpului”, a declarat Alejandro Perez, unul dintre membrii echipei de fizicieni.
La baza acestei noi ipoteze se află o teorie alternativă a relativității generale a lui Einstein care nu impune conservarea energiei. Calculele efectuate pe baza acestei teorii (Unimodular Gravity/Relativity) au evidențiat că în acest caz valoarea constantei cosmologice se potriveşte perfect cu observaţiile astronomice privind expansiunea accelerată a Universului, afirmă fizicienii.
Foarte important, acest lucru nu modifică foarte mult actuala înțelegere asupra Universului. Chiar dacă pierderea de energie din Universul timpuriu afectează, în mod semnificativ, valorile pentru energia întunecată, efectul nu este sesizabil în experimentele din prezent.
„Energia din componentele materiei poate fi transferată câmpului gravitațional, iar această „pierdere de energie” va fi similară cu constanta cosmologică. Ea nu se va modifica datorită expansiunii ulterioare a Universului”.
„Din acest motiv, o pierdere mică de energie din Universul timpuriu poate avea consecințe semnificative, pe scară largă, în prezent”, a declarat Thibaut Josset, un membru al echipei de fizicieni.
Fizicienii se confruntă acum cu o altă problemă. Dacă pierderea de energie din Universul timpuriu nu a cauzat niciun efect de durată, altul decât modificarea valorii energiei întunecate, atunci nu există nicio modalitate să testăm dacă această ipoteză este adevărată sau nu.
„Propunerea noastră este foarte generală și ne aşteptăm ca orice încălcare a legii de conservare a energiei să se răsfrângă asupra valorii constantei cosmologice. Acest lucru ne-ar putea permite să stabilim noi constrângeri asupra unor modele teoretice din afara Modelului Standard al mecanicii cuantice”, a declarat Josset.
În concluzie, pentru moment, această teorie este doar o ipoteză care nu a fost testată. Cu toate acestea, fizicienii afirmă că vor să investigheze această posibilitate în viitor.
„Această teorie nu este finalizată”, a declarat Lee Smolin, un fizician teoretician de la Perimeter Institute for Theoretical Physics din Waterloo, Canada, care nu a fost implicat în acest studiu.
„Este totuşi o idee nouă, care ar putea fi, eventual, corectă și, prin urmare, ar trebui să fim interesaţi de ea”.
Studiul fizicienilor a fost publicat în Physical Review Letters și acesta poate fi găsit online pe site-ul arXiv.org.
Sursă: Science Alert